拟定实验步骤

7.1.3　拟定实验步骤

实验步骤是对实验方案的具体化，并在实施过程中不断修正，以实现分析测试的目标。采样、预处理、测定及分析结果的处理和表达，是分析一个样品的一般过程。在设计实验步骤中将把重点放在前面三步。

（1）采样

采样要注意所取分析样品的代表性，如果分析样品没有代表性，分析结果将是毫无意义，甚至导致有害的后果。

一般要求反映分析对象整体的平均组成。采样分为收集粗样，最初的粗样采集得较多，以保证足够的采样精确度。将粗样减少到适当的实验室要求量，制备实验室样本，此时，要以适当的方式保存，以防发生组分变化。根据采样材料的物理性质不同，各步骤的具体细节有很大的不同。

（2）预处理

样品分析时，为了使测量过程产生最大的有效的响应信号，往往需要建立一个合适的测量体系。为此，需要将样品处理成测量所要求的适当的状态，即试样。预分离和预富集是常用的手段，需要注意的是：

1）对较复杂样品的定量分析，在用分离方法分离后，干扰组分应减少至不再干扰测定，而被测组分的损失应小到可以忽略不计。

2）在无机离子的测定中，掩蔽是防止干扰、提高方法选择性的有效办法，操作简便。

3）分离是防止组分干扰的有力手段。一般是在用掩蔽的方法并不能解决干扰问题，或者不是在所有的测量体系中都能使用，此时，只能将干扰组分分离。

4）预分离方法设计时要区别两种情况，一种是着眼于痕量组分从基体中分离出来，另一种是着眼于从中除去基体成分，使被测的痕量组分保留下来。

5）痕量元素的预富集可通过溶剂萃取、离子交换、加净化剂的共沉淀法或挥发法等进行。

6）基体的分离可采取挥发法、溶剂萃取或沉淀法等，某些大量或微量金属的分离可采用电解法。气体中痕量组分的富集采用溶液吸收、固体吸附等办法是简单而有效的方法，有的方法将预富集分离与采样相结合。

7）使用最多的分离方法是溶剂萃取分离。它可通过多次萃取和反萃取，提高分离和富集的效果。有的分析方法，如萃取吸光光度法、萃取原子吸收光谱法，萃取后的溶剂相可直接用于测量，提高了方法的灵敏度。

8）如果能用挥发法除去常量组分将是最为理想的，它可不必引进大量试剂。不仅大大地浓集了痕量组分，而且也不会引起样品的玷污。测定有机样品中痕量金属元素，常用灰化处理样品，实际上也是用挥发法分离掉样品中的主体成分。

9）在有机物的分析中，为了得到组分可靠的定性和定量结果，也经常要求对复杂、多组分的混合物进行族分离（即粗分离）或单一组分的分离。即使是具有很强分离功能的色谱分析方法，为了消除或尽量减少因样品组成的原因使得色谱柱或其他介质的分离效率下降，也常常需要在分离分析之前，对样品进行纯化，或对被测组分进行预浓缩，把被测组分与样品的母体或主要成分进行分割。这样做也缩短了整个分离分析的周期，在复杂环境样品和生物化学样品分析中尤为明显。

（3）测定

它包含了除预处理外的测量和信号解析两个过程。在仪器方法的定量分析中，试样进入分析系统，产生待测组分的强度信号，它通常无法用确切的计量关系式计算试样中组分的含量，而是采用定量校准方法进行定量，不同的校准方法的实验步骤设计是不同的。

定量校准方法的选择应视样品的复杂性、分析的精度要求、分析方法所使用仪器的性能和特点而定。对单组份定量校准方法，有以下几种选择。

1）外校准模式。当标准物质体系与待测物质的体系相同或基本相同，测量的操作条件易于控制时，可使用外校准模式。

操作方法是，独立地测量一组标准物质，再于相同条件下测量待测物质；由前者得校准函数，并由相应的分析函数求得待测物质的量。按求解方式不同有校准曲线法或线性回归法。校准的结果是得到一条校准曲线或是一个校准函数。当使用一个标准物质时，称为单点校准法，也称为直接比较法。

外校准模式应用范围广，使用时要注意在校准曲线范围内要有相等的标准偏差。实际上，常常将被测试液中测量组分的含量落在校准曲线中间一段范围内。

2）标准加入校准模式。当待测物质的体系远比标准物质体系复杂，但测量的操作条件易于控制时，可使用标准加入校准模式。

操作方法是，将待测物质样本分成两个以上的子样本，除保留一个外，其他子样本加入已知量的标准物质，分别测量。

标准加入校准的一种典型方法是，取一定体积V_x的含有某待测组分试液，测得某组分的信号i_x，随后，在该体积（V_x）的试液中加入少量的体积为V_s的该组分的标准物质（c_s），再次测得信号i_x＋s。对于线性响应，根据测得的i_x＋s和i_x，有

求解式（7－1）方程组。实际测量中并不需要具体求出校准系数K，而是从方程组直接得到分析函数，求出待测组分的浓度，有

这种只加入一次标准物进行校准的方法，称为单点标准加入法，也称增量法。

连续多次标准加入法则是一种多点校准的方法，它是将标准物质连续多次加入到待测试液中，每加入一次（V_s）就测得一次相应的信号，如图7－1所示的y₁～y₄，利用这一组信号即可进行校准。该校准方法通常采用图解法。在校准函数为线性的条件下，得到一直线，通过延长线交于横坐标的V′_x，假定总体积不发生变化，即可解得待测组分浓度为

图7-1　连续多次标准加入法的图解

如果考虑到体积变化对浓度的稀释效应，还必须进行体积校准。

标准加入校准模式宜使用于因基体引起测量信号变化的情况，但使用时要注意在测量中应不存在空白，工作曲线呈线性，并要有相等的标准偏差。

3）内校准模式。由于测量技术的限制，测量体系的实验条件在测量过程中难以完全重复，因而只能采用测定相对信号的办法，如测定待测组分信号与内标组分信号的相对强度，建立相对强度与待测组分含量的函数关系，这便是内校准模式。

具体操作是，在待测组分样本和所有标准样本中，加入一定量的某一内标物，内标物的化学特性和分析响应与待测组分相似，在同一次测量中，分别测得待测组分和内标物的信号强度，求得相对强度。内标法同样可以使用单点校准或多点校准，而前者常用计算法，后者可用图解法。

内校准模式大大减少了由于实验条件变化而造成的测量误差，提高测量的精确度。其使用的关键是要有一个合适的内标物提供一个合适的信号。另外，应在同一次测量中获得待测组分和内标物的信号。

（4）分析结果的处理

用统计学的方法对分析测定所提供的信息进行有效处理，现在更可以借助计算机技术，对大量数据或者特定时空分布的信息进行处理，直接迅速地获得结果。

总之，在拟定实验步骤时，一般根据被测组分和共存组分的性质与含量，以及对分析测定的具体要求等因素，制定合适的测定细节。有时操作者的经验、擅长和喜好起着关键作用。

若试样中共存组分对测定有干扰，尽量以化学掩蔽法来消除它。当掩蔽法不能达到消除干扰的目的时，则需事先采用化学分离法将干扰组分除去。现代分离分析方法如气相色谱法、液相色谱法的迅速发展，已使组分的物质分离与测量紧密结合。现代信息技术的发展，已有可能使多种组分混合信号实现分离，消除干扰组分信号，或实现多组分同时测定。

分析测量步骤和条件需要全面考虑，建立最优化方案，以保证获取最佳的信息。

对于定性分析，测定的是与编码方式有关的组分特征信号，通过解析，确定该组分或结构存在与否。如原子发射光谱方法定性时，测量记录到不同元素的光谱线，通过查找元素的特征的灵敏谱线，确定样品中所含元素。

此外，特别要注意使实验获得成功的关键点及注意事项，注意实验的安全因素，注意实验的细节设计。拟定实验步骤后，与教师讨论，再动手实验。